EP4128433B1 - Passive bauelemente oder vorrichtungen für mikrowellen- oder millimeterwellen - Google Patents

Passive bauelemente oder vorrichtungen für mikrowellen- oder millimeterwellen

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EP4128433B1
EP4128433B1 EP21718191.6A EP21718191A EP4128433B1 EP 4128433 B1 EP4128433 B1 EP 4128433B1 EP 21718191 A EP21718191 A EP 21718191A EP 4128433 B1 EP4128433 B1 EP 4128433B1
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waveguide
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Romain FLEURY
Maliheh KHATIBI MOGHADDAM
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École Polytechnique Fédérale de Lausanne
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Claims (15)

  1. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1), die Folgendes umfasst:
    - einen hohlen Wellenleiter (5), der eine erste Wandstruktur (11) und eine zweite Wandstruktur (15), die sich in einer Leitungsrichtung (GD) erstrecken, eine Verbindungsbasis (17), die sich zwischen der ersten und zweiten Wandstruktur (11, 15) erstreckt, und eine Umhüllung (EWS), die sich zwischen der ersten und zweiten Wandstruktur (11, 15) erstreckt, beinhaltet, wobei die Umhüllung (EWS) gegenüber der Verbindungsbasis (17) lokalisiert ist; und
    - wenigstens ein Array (7) von strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen (9), die innerhalb des hohlen Wellenleiters (5) eingeschlossen sind, wobei das wenigstens eine Array (7) von strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen (9) dazu konfiguriert ist, strahlungsgekoppelte Lokalresonatoren (LR) und wenigstens ein Mikrowellen- oder Millimeterwellenfrequenzdurchlassband (FPB) zum Bereitstellen wenigstens eines ausgewählten Mikrowellen- oder Millimeterwellensignals bereitzustellen, wobei sich das Array (7) entlang der Leitungsrichtung (GD) erstreckt und sich zwischen der ersten und zweiten Wandstruktur (11, 15) befindet, wobei sich jede Resonanzstruktur (9) von der Verbindungsbasis (17) in den hohlen Wellenleiter (5) hinein erstreckt, um eine Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Subwellenlängenresonanzstruktur zu definieren, und wobei aufeinanderfolgende Resonanzstrukturen (9) durch eine Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Subwellenlängenentfernung getrennt sind,
    wobei eine Resonanzfrequenz (fr) der Resonanzstrukturen (9) oder jeder der Resonanzstrukturen (9) unterhalb von oder kleiner als eine Grenzfrequenz (fc) des hohlen Wellenleiters (5) ist, wobei jede gekoppelte Resonanzstruktur (9) dazu konfiguriert ist, einen Lokalresonator (LR) lokal zu der Resonanzstruktur (9) bereitzustellen oder zu erzeugen, und die Resonanzstrukturen (9) direkt elektrisch und magnetisch miteinander gekoppelt sind, um zu ermöglichen, dass Energie direkt von einer Resonanzstruktur (9) zu einer anderen gekoppelt wird, und das wenigstens eine ausgewählte Mikrowellen- oder Millimeterwellensignal entlang der Leitungsrichtung (GD) zur Ausgabe von der passiven Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) zu leiten, und wobei das wenigstens eine Array (7) von strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen (9) dazu konfiguriert ist, wenigstens eine Hybridisierungsbandlücke (HBG) in einer Frequenzkennlinie oder Dispersionskurve zu erzeugen, die eine Mikrowellen- oder Millimeterwellenpropagation in der passiven Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) charakterisiert, wobei sich die wenigstens eine Hybridisierungsbandlücke in einem Frequenzbereich befindet, der höher als das wenigstens eine Mikrowellen- oder Millimeterwellenfrequenzdurchlassband (FPB) ist.
  2. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hybridisierungsbandlücke (HBG) ein Stoppband der passiven Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) ist.
  3. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz (fr) jeder der Resonanzstrukturen (9) oberhalb von oder größer als das wenigstens eine Mikrowellen- oder Millimeterwellenfrequenzdurchlassband (FPB) ist, das durch das wenigstens eine Array (7) von strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen (9) erzeugt wird.
  4. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Resonanzfrequenz (fr) jeder der Resonanzstrukturen (9) in der wenigstens einen Hybridisierungsbandlücke (HBG) befindet.
  5. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen ersten Metamaterialport oder -verbinder (19A), der mehrere strahlungsgekoppelte Resonanzstrukturen (9B) beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, eine elektromagnetische Welle in die passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) einzukoppeln oder in diese zu transferieren, und/oder einen zweiten Metamaterialport oder -verbinder (19B) beinhaltet, der mehrere strahlungsgekoppelte Resonanzstrukturen (9B) beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, eine elektromagnetische Welle aus der passiven Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) zu transferieren, wobei sich das wenigstens eine Array (7) zwischen dem ersten und dem zweiten Metamaterialport befindet,
    wobei die Resonanzfrequenz (fr) der Resonanzstrukturen (9) des wenigstens einen Arrays (7) niedriger als eine Resonanzfrequenz der Resonanzstrukturen (9B) der mehreren strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen (9B) des ersten und/oder zweiten Metamaterialports ist.
  6. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der hohle Wellenleiter (5) dazu konfiguriert ist, wenigstens eine oder mehrere evaneszente Moden oder Wellen von elektromagnetischer Mikrowellen- oder Millimeterwellenstrahlung zu unterstützen, die mit den Lokalresonatoren (LR) der Resonanzstrukturen (9) koppeln oder wechselwirken, um einen geleitete Subwellenlängenmode in der passiven Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) bereitzustellen, die das wenigstens eine Mikrowellen- oder Millimeterwellenfrequenzdurchlassband (FPB) der passiven Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) definiert;
    wobei die geleitete Subwellenlängenmode und das wenigstens eine Mikrowellen- oder Millimeterwellenfrequenzdurchlassband (FPB) vollständig unterhalb von oder vollständig kleiner als die Resonanzfrequenz (fr) jeder der Resonanzstrukturen (9) sind.
  7. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Breite (W) des hohlen Wellenleiters (5) kleiner als zweimal eine Höhe (hr) einer oder jeder Resonanzstruktur (9) ist;
    oder
    wobei sich eine Breite (W) des hohlen Wellenleiters (5) entlang der Leitungsrichtung (GD) verjüngt oder graduell ändert, und
    sich eine Höhe (h) des hohlen Wellenleiters (5) entlang der Leitungsrichtung (GD) verjüngt oder graduell ändert; oder
    wobei sich eine Periodizität, ein Radius oder eine Höhe (hr) des hohlen Wellenleiters (9) entlang der Leitungsrichtung (GD) verjüngt oder graduell ändert.
  8. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der hohle Wellenleiter (5) entlang der Leitungsrichtung (GD) auf eine verdrillte Weise oder auf eine gekrümmte Weise erstreckt, um wenigstens eine Biegung zu definieren; wobei Resonanzstrukturen (9) des wenigstens einen Arrays (7) relativ zueinander entlang der Leitungsrichtung (GD) des verdrillten hohlen Wellenleiters (5) geneigt sind.
  9. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei eine Entfernung zwischen dem Array (7) und der ersten Wandstruktur (11) und/oder der zweiten Wandstruktur (15) eine Bandbreite des Mikrowellen- oder Millimeterwellenfrequenzdurchlassbands (FPB) definiert.
  10. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenkomponente dazu konfiguriert ist, eine Bandbreite des Mikrowellen- oder Millimeterwellenfrequenzdurchlassbands (FPB) durch Ändern einer Grenzfrequenz (fc) des hohlen Wellenleiters (5) zu definieren.
  11. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Resonanzstrukturen (9) dazu konfiguriert sind, die Hybridisierungsbandlücke zu erzeugen;
    oder
    wobei jede Resonanzstruktur (9) ein längliches leitfähiges Element mit einer Subwellenlängenausdehnung oder -Länge umfasst oder daraus besteht;
    oder
    wobei eine Resonanzfrequenz (fr) der Resonanzstruktur (9) durch eine Länge oder längliche Ausdehnung der Resonanzstruktur (9) definiert ist.
  12. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Resonanzmetamaterial, das sich zwischen dem wenigstens einen Array (7) von strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen (9) und der ersten Wandstruktur (11) befindet, und ein Resonanzmetamaterial, das sich zwischen dem wenigstens einen Array (7) von strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen (9) und der zweiten Wandstruktur (15) befindet, beinhaltet;
    wobei das Resonanzmetamaterial dazu konfiguriert ist, ein verbotenes Frequenzband zu induzieren, und mehrere oder ein Bett von länglichen leitfähigen Körpern (25) umfasst oder daraus besteht.
  13. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei der hohle Wellenleiter (5) frei von Resonanzmetamaterial oder frei von einer künstlichen Wand zwischen dem wenigstens einen Array (7) von strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen (9) und der ersten Wandstruktur (11) ist und frei von Resonanzmetamaterial oder frei von einer künstlichen Wand zwischen dem wenigstens einen Array (7) von strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen (9) und der zweiten Wandstruktur (15) ist.
  14. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 13, die ferner einen ersten Anschluss oder eine erste Sonde (19A) und einen zweiten Anschluss oder eine zweite Sonde (19B) beinhaltet, wobei sich das Array (7) zwischen dem ersten und zweiten Anschluss (19A, 19B) befindet,
    wobei der erste Anschluss oder die erste Sonde (19A) und/oder der zweite Anschluss oder die zweite Sonde (19B) einen Streifenanschluss oder eine Streifensonde umfassen oder daraus bestehen.
  15. Passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei der erste Metamaterialport und/oder der zweite Metamaterialport einen hohlen Wellenleiter beinhalten, der dazu konfiguriert ist, eine transversalelektrische, TE, Mode von elektromagnetischer Mikrowellen- oder Millimeterstrahlung zu unterstützen, und die mehreren strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen des ersten und/oder zweiten Metamaterialports innerhalb des hohlen Wellenleiters eingeschlossen sind, wobei die Resonanzfrequenz der Resonanzstrukturen der mehreren strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen des ersten Metamaterialports höher als eine Grenzfrequenz des hohlen Wellenleiters des ersten Metamaterialports ist, und/oder die Resonanzfrequenz der Resonanzstrukturen der mehreren strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen des zweiten Metamaterialports höher als eine Grenzfrequenz des hohlen Wellenleiters des zweiten Metamaterialports ist;
    oder
    eine Breite (W) des hohlen Wellenleiters des ersten Metamaterialports größer als zweimal eine Höhe (hr) der Resonanzstrukturen oder jeder Resonanzstruktur des ersten Metamaterialports ist und/oder eine Breite (W) des hohlen Wellenleiters des zweiten Metamaterialports größer als zweimal eine Höhe (hr) der Resonanzstrukturen oder jeder Resonanzstruktur des zweiten Metamaterialports ist;
    oder
    wobei die strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen des ersten Metamaterialports in einem periodischen oder aperiodischen Muster angeordnet sind oder zufällig innerhalb des hohlen Wellenleiters des ersten Metamaterialports angeordnet sind und/oder die strahlungsgekoppelten Resonanzstrukturen des zweiten Metamaterialports in einem periodischen oder aperiodischen Muster angeordnet sind oder zufällig innerhalb des hohlen Wellenleiters des zweiten Metamaterialports angeordnet sind;
    oder
    wobei eine Höhe (hr) der Resonanzstrukturen des ersten Metamaterialports und eine Entfernung zwischen Resonanzstrukturen des ersten Metamaterialports eine Frequenz oder einen Frequenzbereich definieren, bei oder in dem wenigstens ein ausgewähltes Mikrowellen- oder Millimeterwellensignal in die passive Mikrowellen- oder Millimeterwellenvorrichtung (1) eingelassen wird.
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